步进电机的分数阶piλdμ控制算法研究

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1、第30卷第12期计算机仿真2013年12月文章编号：1006—9348(2013)12—0356—04步进电机的分数阶PI入D控制算法研究张永宏，李建楠(南京信息工程大学信息与控制学院，江苏南京210044)摘要：研究步进电机控制精度优化问题。传统的PID控制在控制精度以及调节速度方面，已不能达到理想的效果。针对传统方法的不足，提出引入分数阶控制方法，设计了分数阶PID控制器来提高步进电机系统的控制精度。首先建立步进电机的数学模型，推导出传递函数，而后分别对该系统设计PID以及分数阶PID控制器，通过Simulink搭建整个控制系统。参

2、数整定后进行仿真，证明了分数阶PID控制算法的优越性及可行性。关键词：步进电机；控制算法；控制器；系统仿真中图分类号：TP391文献标识码：BResearchofStepperMotorControlAlgorithmonFractionalPIDZHANGYong—hong，LIJian—nan(CollegeofInformationandControlEngineering，NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology，NanjingJiangsu210044，China)A

3、BSTRACT：Withthewidespreaduseofthesteppermotorinindustrial，therearenewrequirementsforitscontrolaccuracy．ThetraditionalPIDcannotachievethedesiredeffectincontrolaccuracyaswellastheadjustmenttime．Inthispaper，duetothedeficienciesoftheconventionalmethod，combinedwithfractionalt

4、houghtofcontrol，fractionalPIDcontrollerwasdesignedtoimprovetheaccuracyofthesteppermotor．First，wecreatedamathematicalmodelofthesteppermotorandderivethetransferfunction，andestablishedcontrolsystemstructure．ThenweusedSimu—linktoca~iedoutthedigitalsimulationofthePIDandFracti

5、onalPIDalgorithmforthesystem．Finally．wecon—trastedthecontroleffectsandprovedthesuperiorityandfeasibilityofthiscontrolalgorithm．KEYWORDS：Stepmotor；Controlalgorithm；Controller；Systemsimulation水—平。1引言本文则针对传统方法的这一缺陷，引入由Podlubony教步进电机(stepmotor)是将电脉冲信号转变为角位移或授提出的分数阶PID控制思想⋯，它

6、比传统的PID控制算直线位移的装置。不超载的情况下步进电机的转速、停止的法多了两个可调参数，能够更灵活地控制系统。通过对步进位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，给电机一个脉冲信电机系统的控制仿真，经过对系统控制参数的进一步明确，号，电机则转过一个步距角，因此控制步进电机可以完成高不仅大大缩短了参数的整定时间，而且直接提高了系统的控精确角度的定位要求。制精度，得到更佳的控制效果。80年代以来，随着步进电机的广泛使用，对步进电机的控制精度等多方面都不断的提出了新要求。PID控制是工业2步进电机的模型建立领域运用最多的控制方法，理论及实际经验

7、都证明了该算法首先需要建立步进电机的系统的数学模型[，本文采对步进电机控制的有效性。但是随着对传统PID控制理论用的是两相混合式步进电机，微分方程表示如下⋯：的深入研究，其控制器中的参数以及结构设置成为限制其控制精度提高的瓶颈，同时也直接关系到工业过程控制的ia]收稿日期：2013—03—15修回Et期：2013—04—01．-．——356．-——又由十s=02—0l并且值很小，整(10)式得：jd202=[：+箍ioId~㈩+。+)=。⋯)将式(5)带入式(9)整理得：其中，i。，R。分别是a相的电压、电流以及电阻。它的转子的力矩平衡

8、方程为：拈：+D：+譬s=譬s(12)．，=—D一(2)最后对式(11)做拉氏变换得步进电机的传递函数模型如下：：÷∑帮+÷∑簪G)==Z'2~2(13)(J=a，b，c；=口，6，c=)(3)式(2)中J